167

DER N KAZILAR VE DESTEKLEME YAPILARI

Devrim ALKAYA brahim ÇOBANO LU

Pamukkale Üniversitesi

n aat Mühendisli i Bölümü

Denizli / Türkiye

Pamukkale Üniversitesi

Jeoloji Mühendisli i Bölümü

Denizli / Türkiye

ABSTRACT

It is required to build excavation supporting systems in excavation areas to prevent probable

damage in roads and other existing structures around the excavation and to enable vertical

excavation along the construction of structures requiring deep excavations. In this study,

supporting systems of deep excavations are investigated and fore piles and an anchoraged

support system applied in Denizli are investigasted.

ÖZET

Derin kazı gerektiren yapıların in ası boyunca, kazı sahaları içinde kazının dü ey

olarak te kilini sa lamak ve kazı çevresinde bulunan bina, yol ve mevcut di er yapılarda

olu abilecek hasarları önlemek için kazı destekleme sistemlerinin yapılması gereklidir. Bu

çalı mada, derin kazıların desteklenme sistemleri ele alınarak incelenmi ve Denizli’de

uygulanan fore kazık ve ankrajlı bir iksa sistemi incelenmi tir.

1. G R

Günümüzde kent nüfusunun hızla artması konut, i yeri, kanalizasyon ve otopark gibi

alt yapı hizmetlerine duyulan gereksinimi arttırmı tır. Kent merkezlerinde bo parsellerin

giderek azalması ve maliyetlerin artması, di er taraftan imar yönetmeliklerinin zemin

168

üstündeki yapı hacimlerini sınırlaması, mevcut arazileri daha verimli halde kullanmaya

itmi tir. Bu amaçla yapılan in aatlarda derin kazı yapılması zorunlu hale gelmi tir.

Derin ve büyük in aat çukurları temel zemini ve yeraltı suyunun denge durumlarını

de i tirmekte ve mevcut kom u yapıları ve çevreyi önemli ölçüde etkilemektedir. Bu yüzden

in aat alanında geoteknik etütler yapılarak; zeminin özellikleri, kom u yapı ve mevcut

sistemlerin durumu ve yerle imi hakkında bilgi toplanmaktadır. Rijit iksa duvarları ve

hesaplarda yükseltilmi toprak basınç katsayıları alınarak kazı çevresindeki yapıların

güvenli i sa lanmaktadır.

Temel çukurlarını destekleyen sistemlerin boyutlandırılması sisteme etkiyen yüklerin

yani toprak basınçlarının, sanal toprak basınçları diyagramları yardımıyla belirlenmesi ile

gerçekle tirilir. Bu yüklere göre sistem elemanlarına gelecek kesit tesirleri hesaplanır ve

elemanlar bu tesirlere göre boyutlandırılır.

De i ik zemin türleri ve saha ko ullarına göre uygulanabilecek birçok destekleme

sistemi geli tirilmi tir. Derin kazı çukurlarının desteklenmesinde en çok kullanılan iksa

sistemleri; kazıklı ve ankrajlı perdeler, betonarme perdeler, diyafram duvarlar ve

palplan lardır.

Derin kazıların tasarımının ana ilkesi in a edilmesi dü ünülen ve civarda mevcut

bulunan her türlü yapının emniyetinin sa lanmasıdır. Bu esas amaca göre yapılacak ilk i

boyutları ve özellikleri belli olan yapının oturaca ı alan ve çevresindeki zemin özelliklerinin

geoteknik etüdlerle belirlenmesi, kom u yapı ve mevcut sistemlerin durumu ve yerle imi

hakkında mümkün oldu u kadar detaylı bilgilerin toplanması, toplanan bu bilgiler ı ı ında

ekonomik faktörleri de göz önüne alarak amaca ve artlara uygun bir destekleme sistemi

seçebilmektir.

2. DESTEKLEME S STEMLER

Derin bir kazı programının ba arıya ula ması için detaylı bir geoteknik ara tırma,

uygun ve güvenli bir destekleme sistemi seçilmesi, i in mümkün olan en kısa sürede

bitirilmesi gerekmektedir. Destekleme sisteminin seçilmesinden önce yapılması gereken

ara tırmalar a a ıda açıklanmı tır.

1. Kazı sahasında detaylı bir geoteknik ara tırma yapılmalıdır. Yapılacak sondajlar

uygun aralıkta seçilmeli ve kazı seviyesinin yeteri kadar altına inmelidir. Sondaj so-

nuçlarına göre kazı sahasının profillerini aksonometrik tarzda gösteren bir panel

diyagram hazırlanmalıdır.

169

2. Ankraj1ı destekleme sistemi uygulanması halinde ankraj köklerinin gelmesinin

muhtemel oldu u bölgelerde e er kom u yapılar da mevcutsa e imli, de ilse dü ey

sondajlar yapılarak zemin profili ve özellikleri belirlenmelidir. Kazı yapılacak

alandaki zeminin özelliklerine ait daha önceden derlenmi bilgiler mevcut de ilse

sondaj aralıklarının 20 m 'den fazla olmaması tavsiye edilmektedir.

3. Zemin profilinde rastlanan tabakalara ait geoteknik parametreler arazi ve laboratuvar

deneyleri ile belirlenmeli, e er mümkünse ankraj köklerinin tespit edilece i yerlerde

örselenmemi numuneler alınmalıdır.

4. Kazı alanında varsa yeraltı suyunun seviyesi ve özellikleri, betona zararlı maddeler

içerip içermedi i ara tırılmalı, in aa süresince su pompajla çekilecekse debisi ve su

ta ıyan tabakalardaki basınçları belirlenmelidir.

5. Kom u yapıların ta ıyıcı sistemleri, ya ları, temel derinlikleri, kom u yapılarda

müsaade edilen oturmalar bu yapıların projeleri incelenerek ve yerinde yapılan tespit-

lerle belirlenmelidir. Ayrıca içme suyu, havagazı, elektrik, telefon ve kanalizasyon

gibi ehir ebekelerinin yerleri ve derinlikleri tespit edilerek vaziyet planına

i lenmelidir.

6. Temel çukurlunun boyutlarına ve uygulanacak in aat hızına ba lı olarak kazı

çukurunun açık kalaca ı zaman ve mevsimler tahmin edilmelidir.

7. Destekleme sistemleri geçici ve sürekli maksatlarla tasarlanabilir. Geçici maksatlı

alanlar sadece kazı ve temel in aası süresince kazı duvarlarından gelecek basınçları

kar ılamak, sürekli olanlar ise yapının bir bölümünü olu turmak üzere tasarlanırlar. 2

yıldan az süre yük ta ıyacak sistemler genel olarak geçici maksatlı kabul edilirler.

8. Destekleme sistemine gelecek toprak basınçları, su basıncı, kom u yapılardan

aktarılan yükler hesaplanmalıdır Bu yükler altında sisteme etkiyecek kesit tesirleri ile

meydana gelebilecek yatay deformasyonlar ve dönmeler hesaplanmalıdır. Destekleme

sistemine ait elemanların seçiminde u hususlar dikkate alınmalıdır;

a) Destekleme elemanları burulmaya ve a ırı deformasyona u ramadan toprak basıncı,

su basıncı ve sür arj etkilerini güvenle ta ımalıdır.

b) Yatay destekler mümkün oldu u kadar seyrek konularak in aat makinalarının temel

çukuru içinde rahat çalı abilmesi sa lanmalıdır. Ankrajlı bir destekleme sistemi se-

çilmesi halinde yüksek kapasiteli seyrek ankraj yerine, dü ük kapasiteli sık ankraj

kullanılması yoluna gidilmelidir.

c) Zemin yüzeyinde oturmalar istenmiyorsa destekleme sistemi ankrajlarla geriye

ba lanmalı ve ankrajlara öngerme uygulanmalıdır.

170

d) Esas yapıya ait radye temeli ve bodrum katları yatay destek olarak kullanmanın

mümkün olup olmadı ı ara tırılmalıdır

2.1. Dar ve Derin Kazıların Desteklenmesi

Dar ve derin kazıların desteklenmesinde genellikle kazıdan önce kazı sınırlarına belirli

aralıklarla çelik kazık ve çelik palplan çakarak yapılmaktadır. Kazıklar çelik H veya I

profillerinden olu ur. Dü ey kazık ya da palplan ların çakımının tamamlanmasından sonra

zemin kazısı belirli aralıklarda yatay destekler olu turularak yapılır.

2.2. Kuyu Tipi Betonarme Perde Duvarlar

Yeraltı su seviyesinin derinde olması ve zeminin kendini tutabilmesi halinde

uygulanan bir yöntemdir. Kazı çevresinde ço unlukla birer ara ile 2 x 2 m, 2 x 3 m veya 1,5 x

3 m boyutlarında iksalı kuyular açılmaktadır. Konsol çalı an perdelerde kuyu derinli i, kazı

tabanının oldukça altına indirilmektedir. Kuyuların kazısının tamamlanmasından sonra, perde

donatısı yerle tirilerek beton dökülmektedir.

2.3. Kademeli Kazı Yüzeylerinin Ankrajlı Yüzeylerinin Ankrajlı Betonarme

Perdelerle Desteklenmesi

Kazı evlerinde desteklenmesinde kullanılan bu sistem yeraltı suyu bulunmayan 3 – 4

m kadar derinlikte kazıldı ında kendini geçici de olsa bir süre tutabilen zeminlerde

kullanılmaktadır.

2.4. Diyafram Duvarlar

Derin kazıların önem kazandı ı son yıllarda geoteknik mühendisli inde geni bir

uygulama alanı bulan yöntemlerin en yaygınlarından biri diyafram duvarlardır. Bu tekni in

temeli zemin içerisinde kazı makinaları ile açılan dar, derin bir hende in kazı esnasında beton

dökünülünceye kadar, özel bir bulamaçla desteklenmesi ve daha sonra beton dökülerek zemin

içerisinde parça parça veya diyafram olarak düz bir duvar olu turulmasına dayanır.

Derin kazılarda, perde kalınlı ından ve donatıdan ekonomi sa lamak, yanal

deformasyonları sınırlayıp kom u binalarda istenmeyen hasarları önlemek ve genelde in aatı

ekonomik hale getirmek amacıyla diyafram perdenin ön germeli ankrajlarla zemine

ba lanması uygun olmaktadır.

171

2.5. Kazıklı Perdeler

Bu tip perdeler birbirini kesen, yan yana veya aralıklı imal edilen fore kazıklarla te kil

edilmektedir. Kendisini nispeten tutabilen zeminlerde ve yeraltı suyunun derinde olması

durumunda kazık aralıkları kazık çapının üç katına kadar çıkabilmektedir. E er sızdırmazlık

istenirse birbirini kesen kazıklar imal edilmektedir.

Genelde kazık çapları l0 cm. ile 200 cm.arasında de i mektedir. Kazı derinli inin

küçük, kazık çaplarının büyük olması halinde, kazıklı perde konsol çalı makta ve sistemi

olu turan kazıklar uçlarından mütemadi bir kiri le ba lanmaktadır. Kazık çaplarının küçük,

kazı derinli inin büyük olması halinde veya destek sisteminin yatay deformasyon yapmasının

istenmedi i durumlarda kazıklı perde ankrajlarla geriye ba lanmaktadır.

2.6. Fore Kazık ve Ankrajlı ksalar

Derin temel kazıları sırasında çevre yol ve yapılara zarar vermemek için, imal edilen

kazı duvarları destekleme yöntemlerinden birisidir. Kazı derinli ine, zemin artlarına ve

sür arj (çevresel) yüklerine ba lı olarak seçilen fore kazık + ku ak kiri i + ankraj grubundan

olu an bu iksa sistemleri, yüksek güvenlik gerektiren durumlarda tercih sebebi olmaktadır.

2.7. Enjeksiyon

Enjeksiyon, zeminin kayma direncini arttırmak ve bu ekilde geçirimlili i azaltmak

için kaya yada zemin içine basınç altında bir sıvıyı yollama i lemidir.

2.8. Dondurma Yöntemi

Derin bir kazının desteklenmesi problemiyle kar ıla ıldı ında geleneksel yöntemler

dı ında yapay olarak zemin dondurulması da son zamanlarda ilerleyen uygulama teknolojisi

ile bir seçenek haline gelmi tir. Yapay olarak zemin dondurma tekni i özellikle desteksiz

açılan kazı hende i duvarlarında uygulama alanı bulmu tur. Bu tip kazılara genellikle yeraltı

metro istasyonu ve tünel in aatlarında ihtiyaç duyulmaktadır.

3. ÖRNEK ÇALI MA

Denizli ilinde yapımı planlanan bir alı veri merkezi in aatı temel kazısının güvenli

bir ekilde yapılabilmesi, çevre bina ve yollarda herhangi bir stabilite kaybı ve yapısal hasar

olu maması için kazı yüzeylerinin uygun bir iksa sistemi ile desteklenmesi gerekmektedir.

172

Temel kazısı yapılacak sahada uygulanacak iksa sisteminin belirlenmesi amacıyla yerinde

yapılan zemin etüt sondajları ve elde edilen veriler incelenmi tir.

nceleme kapsamında, geoteknik etüd, seçilen iksa sisteminin geoteknik açıdan

de erlendirmesi ve iksa sisteminin betonarme hesapları yer almaktadır. n aat sahasında

Haziran 2006 tarihinde zemin profilinin ve özelliklerinin belirlenmesi amacıyla özel bir

jeoloji firması tarafından boyları 10 – 25 m arasında de i en 13 adet toplam ~226 m

uzunlu unda zemin etüt sondajı yapılmı tır. Sondajlar sırasında arazi deneyi olarak SPT

yapılmı , sondajlardan alınan örselenmi numuneler üzerinde de laboratuar deneyleri

yapılarak elde edilen verilere ba lı ön etüt raporu hazırlanmı tır.

Sondajlar incelendi inde, sahada hakim zemin profilinin üstte Kumlu Çakıllı

kontrolsüz DOLGU, daha a a ı seviyelerde ayrı mı siltli kumlu çakıl tabakalarından

olu tu u görülmektedir. Daha önce Pamukkale Üniversitesi Müh. Fakültesi tarafından aynı

alanda yapılan zemin incelemesinde de zemin kumlu seviyeler içeren kötü derecelenmi çakıl

(GP) olarak tanımlanmı tır (Kumsar ve Gökgöz, 1997).

Tablo:1 : ksa hesapları için kabul edilen zemin parametreleri

3.1. ksa sistemi

Hazırlanan iksa projesinde emniyet, uygulanabilirlik ve ekonomi kriterleri beraberce

dü ünülmü ve iksa sisteminin özetle, dü ey ta ıyıcı elemanların öngermeli ankrajlarla

desteklendi i bir sistemden olu ması uygun görülmü tür ( ekil 1). ksa projesinin

hazırlanmasında geçici iksa tasarım kriteri esas alınmı tır. ksa projesinde kazı derinli i kota

göre de i mekle maksimum 16.6 m derinli inde ve kazık boyu 17.5 m dir.

Yanal toprak basıncının hesaplanmasında aktif toprak basıncı ve sukunetteki toprak basıncı

katsayıları kullanılmı tır. 3 farklı kesit için çevre yapıların durumlarına ba lı olarak 3 farklı

yük kabulü ve yanal toprak basıncı kabulü yapılmı tır.

173

Tablo 2: Yanal toprak basıncı katsayıları ve kesit hesaplarında kullanılan sür arj yükleri

Kesit No Yanal toprak basıncı

Katsayısı

Sür arj Yükü (kN/m2)

I-I kesiti (Ka +Ko)/2 40

II –II kesiti Ka 20

III-III kesiti (Ka+Ko)/2 40

ksa projesinin tüm kesitlerinde dü ey ta ıyıcı eleman olarak 65 cm çaplı fore kazıklar

kullanılmı tır. Planda 1.0 m ara ile yerle tirilmi tir. Fore kazıklar, farklı kesitlerde dü eyde 3,

4, ve 5 sıra öngermeli ankraj ile desteklenmi tir. Öngermeli ankrajlar, 0.6 inç çaplı 3 adet

halat içerecek ekilde tasarlanmı tır. Ankraj yatay aralı ı 1.0 – 1.5 m arasında de i mektedir.

Ankraj halatının teknik özellikleri Tablo 3’ de verilmektedir. Bir ankrajın 50 ton yük

ta ıyaca ı hesaplanmı tır. Kesit hesaplarına göre Ø65 cm çaplı fore kazıklar üzerine etkiyen

en büyük moment de eri 13.0 tm / m ( 127.5 kNm / m), en büyük kesme kuvveti de eri de

19.22 t/m (188.5 kN/m) dir. Öngermeli ankrajlara etkiyen en büyük yük de eri 46 t’ dur. Bu

de er 3adet öngerme halatı için ankraj halatı ve ankraj kökü ta ıma kapasitesinin altındadır.

ksa sistemi ile ilgili kesit çizimleri ve iksa detayları ekil 3 ve 4 de verilmi tir.

ekil 1. Uygulamanın yapıldı ı fore kazık ve ankraklı iksa sisteminin yapımı.

174

Tablo 3: Ankraj Halatı Teknik Özellikleri

Destekleme sisteminin tamamlanmasından sonra maksimum destekleme duvarı ekil 2 de

görülmektedir.

ekil 2. Uygulamanın tamamlanmı halinin görünümü.

4. SONUÇLAR

Derin kazılar ve destekleme sistemlerinin performansını etkileyen önemli faktörler ,

zemin Profili ( zemin cinsi, zemin permeabilitesi, kayma mukavemeti ), yeraltı suyu ko ulları,

destekleme yüzeyine gelecek yanal toprak basınçları, analiz ve dizayn sürecinin ba arısı ve

destekleme sisteminin seçimi, in a metodu, in a sırası, i çilik ya da in a kalitesidir.

Yukarıdaki faktörlerin derin kazılardaki rollerinin karma ık olması, derin kazılar için destek

sistemlerinin seçimini zorla tırmaktadır. Derin kazı problemlerinin çözümünün ancak kazı

sahasında detaylı bir geoteknik ara tırma yapılması oldu u söylenebilir. Denizli’de in a

edilen derin kazı ve destekleme sisteminin detaylı geoteknik ara tırma sonrası ba arıyla

uygulanmı ve ülke geoteknik bilgi birikimine katkı sa lamı tır.

175

KAYNAKLAR

1- APAYDIN B.S. , Derin Kazılar ve Destekleme Sistemleri, Yüksek Lisans Tezi, Anadolu

Üniversitesi , Eski ehir / Türkiye, ( 2003)

2. DUMLU. M. , Derin Kazılar ve Destekleme Yöntemleri, Yüksek Lisans Tezi, .T.Ü., Fen

Bilimleri Enstitüsü, stanbul / Türkiye ( 1988 )

3. Kumsar, H., Gökgöz, A., Denizli Belediyesi Tarafından 1547 Nolu Parselde Yaptırılacak

“Demokrasi Meydanı E lence-Kültür ve Ticaret Merkezi” nin Oturaca ı Zemine li kin

Jeolojik etüt Raporu, PAÜ Müh. Fak Raporu. (1997)

4. Multi Turkmall Gayrimenkul Yatırım n . Ve Tic. A. . Forum Çamlık Projesi, 1. Etap ksa

Sistemi, Geoteknik ve Betonarme Hesap Raporu, Denizli (2006)

5. ENGÜL M.F. , Ankrajların Kayada Uygulanması, Yüksek Lisans Tezi, .T.Ü. , Fen

Bilimleri Enstitüsü, stanbul / Türkiye, ( 1988)

6. ÖZTÜRKÇ NE L. ,Palplan Perdelerle ksa Yöntemleri, Yüksek Lisans Tezi, .T.Ü. , Fen

Bilimleri Enstitüsü, stanbul / Türkiye ( 1985 )

7. TANRIVERD M. , Zemine Ankastre Perde Duvarların Boyutlandırılması, Yüksek Lisans

Tezi, .T.Ü. , stanbul / Türkiye, ( 1984 )

8.ÜNLÜKU M.B. ,Diyafram Duvarlar, Yüksek Lisans Tezi, .T.Ü , Fen Bilimleri Enstitüsü,

stanbul / Türkiye,( 1985 )

9. YILMAZ Z. ,Çe itli Toprak Basıncı Da ılımları çin Ankrajlı Perde Hesabı, Yüksek

Lisans Tezi, .T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, stanbul / Türkiye ,( 2001)

176

ekil 3: Kazı kesitleri ve 65 cm çaplı fore kazık kesiti

177

ekil 4: ksa ile ilgili detaylar